【行业洞察】半导体材料(中)| 国产化率低,自主可控差距大!中国半导体材料行业现状与未来

2023-06-21




■ 作者 中国化工信息中心咨询事业部  胡世明

背景简述

在不考虑技术细节的情况下,芯片、半导体、集成电路基本可视作同一概念。半导体产业链上游包括EDA(电子设计自动化)工具、IP核(知识产权核)、半导体材料和半导体设备;中游为晶圆制造和封装测试;下游广泛应用于消费电子、汽车电子、医疗、信息通信、人工智能、物联网等领域。

近年来,华为、中芯国际、长江存储(分别是中国最先进的芯片设计、晶圆代工、存储器芯片)被列入美国政府的实体清单,中国半导体产业遭受到了严重的不利影响。尽管中国自2005年以来一直是全球最大的芯片消费国(占全球消费额的36%),但中国芯片产值却一直与芯片消费额差距巨大。


我国芯片制造主要存在三大短板:关键制造装备依赖进口;核心原材料不能自给自足;芯片制造工艺尚弱。从目前国内产业发展现状看,中国半导体装备与材料环节的差距大于芯片制造环节。


01

中国已成为

全球第二大半导体材料市场


2022年全球半导体材料市场规模为698亿美元,同比增长8.6%(2021年为15.9%)。其中,晶圆制造材料450亿美元,占比64.5%;封装材料248亿美元,占比35.5%。


随着先进节点集成电路、3D存储器架构、异构集成制造等的推动,预计未来5年全球半导体材料有望维持5%的稳定增速。


近年来,中国大陆半导体材料市场规模持续快速增长,增幅连续3年位居全球首位,全球占比快速提升,成为仅次于中国台湾的第二大半导体材料市场(占全球市场份额的18.8%)。



02

中国半导体材料国产化率低

自主可控差距大


历经多年发展,我国已实现了大多数半导体材料的布局或量产,但是中国半导体材料整体国产化率约为15%。其中,晶圆制造材料国产化率<15%,封装材料国产化率<30%。尤其在高端领域几乎完全依赖进口。


光刻胶

在光刻胶方面,仅北京科华、苏州瑞红等少数内资企业实现了晶圆制造用光刻胶的批量销售。


北京科华、飞凯材料、苏州瑞红、江苏艾森等公司实现了先进封装用光刻胶的销售。半导体用光刻胶总体国产化率约为5%,其中g/i线光刻胶约20%,KrF光刻胶不足5%,ArF/ArFi光刻胶不足2%,EUV光刻胶尚在开发阶段。


湿化学品

湿化学品方面,国内仅少数本土企业的部分产品品控能够达到半导体G4或G5级水平。


中巨芯的氢氟酸和硝酸,湖北兴福的磷酸、硫酸、硅刻蚀液、铝刻蚀液,江苏达诺尔等公司的氨水,苏州晶瑞电材的双氧水,上海新阳的硫酸铜电镀液、铜蚀刻后清洗液和铝蚀刻后清洗液等产品,已经在8吋、12吋半导体集成电路生产线批量应用。


半导体行业用湿化学品国产化率约为35%。氢氟酸、硫酸、磷酸等通用湿化学品供应量大幅增加。国内湿化学品供应集中在8吋及以下集成电路生产线,基本实现国产化;12吋集成电路生产线,在28nm以上成熟制程用湿化学品的国产化率约20%,28nm以下先进制程用湿化学品基本依赖进口。


电子气体

电子气体方面,国内企业已经具备批量生产半导体集成电路制造用主要电子气体的能力。


离子注入气体市场,砷烷、磷烷、氟化硼已经大批量供货。成膜气体市场,六氟化钨、氨气、一氧化氮、乙硼烷混合气等气体品种已批量应用于8吋、12吋晶圆生产线。刻蚀/清洗气体市场,派瑞特气、飞源气体、华特气体、北京华宇同方多家公司的三氟化氮、四氟化碳、六氟化硫、六氟乙烷、八氟丙烷、八氟环丁烷、三氟甲烷等含氟气体、一氧化碳、氯化氢、氯气、三氯化硼已能够稳定批量供应。


半导体行业用电子气体的国产化率约为40%,其中8吋及以下晶圆用电子气体已基本实现自主供应,12吋晶圆用电子气体仍有一定差距。


其他

其他半导体材料国产化率也非常低,比如抛光材料<15%,靶材<10%,硅片<10%,掩膜版<1%。



化信观点


针对我国半导体材料供应链自主可控发展,从国企央企和国家两个层面提出如下措施建议。


聚焦半导体材料产供链的各个短板,国企央企要充分发挥自身科技创新实力,承接攻关任务,加大半导体材料核心产品布局力度。一方面,借助国产化的大趋势,充分发挥央企化工新材料方面的技术及资源优势,加大对半导体材料与工艺创新的投入。另一方面,国企央企要加强与中芯国际、华为等下游企业合作交流,以下游需求为导向,更迅速地开发面向市场的产品。同时,也可以规避完成国产替代前,国外企业大幅降价恶意竞争带来的风险。


建立一体化集成平台,缩短半导体材料验证周期。建议建立“配套完整”的半导体材料分析检测及应用测试平台,使用工业界认可的评估方案、完成材料预评估、试错改进、工艺菜单开发、应用窗口确认。开展联机测试、流片验证,评估材料使用效果,为下游用户提供参考依据,缩短验证周期,显著降低国产材料批量应用门槛。


建议从全国各大高校、科研院所和科技企业中抽调相关学科、专业和技术方向的优质研究力量,成立产、学、研相融合的专门研究机构,集中优势力量对国内尚未实现产业化突破的核心产品以专项资金方式进行资助。充分发挥高校及研究院所的理论研究与材料创新能力,利用企业对产业需求的理解及工程化放大的优势进行半导体材料的快速开发与产业化。


国家要将培养和引进关键人才上升到核心战略层面。要高度重视半导体材料的基础技术研究,以及相关基础学科建设,并以科研项目为支撑,加大对基础技术及其相关学科发展的投入力度。优化相关专业技术人才的培养与引进机制,落实人才引进的优惠政策,制定相应的补贴或奖励标准,奖金系数向一线科研人员倾斜,加快培育并获得高质量的专业人才队伍。





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